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" Perfectionnement aux machines électrostatiques à organes mobiles conducteurs."
La présente invention concerne les machines électrosta- tîques à organes mobiles conducteurs, notamment celles du genre TOEPLER.
Danss la description qui va suivre, on désigne par "pro- ducteurs" les organes, fixes ou mobiles, d'une machine électrosta- tique du type susmentionné, qui, lors du fonctionnement de cette machine, sont portés à un potentiel donné à l'aide d'une ou plu- sieurs sources extérieures d'électricité, ces éléments coopérant avec les transporteurs mobiles qui sont ici constitués par des or- ganes conducteurs.
Il est connu d'augmenter la puissance des machines élec- trostatiques à transporteurs isolants, comme les machines CARRE et VAN de GRAAF, en faisant en sorte qu'un transporteur non seulement apporte 'de l'électricité d'un certain signe au collecteur, mais en- core lui retire une quantité comparable d'électricité du signe op- posé, quantité qu'il emporte et transmet à l'autre pôle de la ma- chine. Il en résulte une importante augmentation de l'intensité et par suite de la puissance fournie par la machine.
La présente invention a pour objet des moyens permettant l'application de ce procédé aux,machines électrostatiques à organes mobiles conducteurs et particulièrement aux machines genre TOEPLER.
"Electrostatique Cas 3"
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Conformément à l'invention, on obtient qu'un transpor- t.eur non seulement apporte de l'électricité d'un signe donné au collecteur, mais encore lui retire une quantité comparable d'é- lectricité du signe opposé, en disposant, en plus des producteurs portés à un notentiel donné et dont l'influence électrique s'exer- ce sur les organes transporteurs pendant que ceux-ci sont en rela- tion avec le pôle de la machine autre que le collecteur, un ou plusieurs organes producteurs auxiliaires dont l'influence élec- trique s'exerce sur lesdits transporteurs pendant que ceux-ci sont mis en relation avec le collecteur de la machine,
ces organes pro- ducteurs auxiliaires étant portés à un potentiel dont le signe et la valeur sont tels que ces producteurs attirent, par l'influence qu'ils exercent sur les transporteurs, de l'électricité de signe opposé à celle recueillie par le collecteur.
Le dessin annexé représente schématiquement deux machi- nes du genre TOEPLER établies conformément à l'invention. Dans ce dessin : fig. 1 est une vue en perspective d'une telle machine; fig. 2 est une vue analogue d'une machine semblable comportant un plus grand nombre de producteurs et de transporteurs.
Le machine représentée à la fig. 1 comporte deux groupes de producteurs 1-la et 2-2a, formés chacun de deux lames conduc- trices parallèles, fixées de façon isolante sur le bâti 3 de la machine, et deux transporteurs 4 ot 5 montés de façon isolante sur l'arbre 6. Les lames de producteur 1 et la, qui correspondant aux lames habituelles d'une machine du type considéré, sont reliées une source d'électricité non représentée, capable de les norter à un potentiel donné, par exemple au potentiel - U si la différence maximum de potentiel pouvant exister, lors du fonctionnement de la machine, entre un producteur et un transporteur est égal à 2 U.
Les lames de producteur 2 et 2a sont également reliées à une source d'électricité capable de porter leur potentiel à une valeur donnée, de signe contraire à celle du potentiel conféré aux lames 1 et la et, par exomple, égale à 2 U dans le ces ci-dessus mentionné, Sur l'arbre 6 est également calé un disque isolant 7 portant deux segments conducteurs 8 et 9 respectivement en liaison électrique avec les transporteurs 4 et 5 et coopérant avec des ba- lais 10 et 11 isolés du bâti 3 de la machine. Le balai 10 est relié à la terre et le balai 11 au collecteur de lo machine.
Le fonctionnement de la machine est, en génétratice, le suivant : "Electrostatique Cas 3"
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Les pièces mobiles, à savoir l'arbre 6 avec les trans- porteurs 4 st 5 et le disque 7 sont entraînées en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, par un' moteur quel- conque, non représenté, Dès qu'un transporteur, par exemple la transporteur 4, pénètre entre les lames 1 et la du producteur nor- mal, portées au potantiel-U, il se trouve mis en relation avec le sol par l'intermédiaire du segment correspondant 8 et du balai 10. Ce producteur prend alors une charge + Q approvimativement égale à C.U, C étant lâ capacité maximum réalisée par le transpor. teur 4 et le producteur 1-1a.
Quand le transporteur 4 commence à sortir d'entre les s lames 1-la du productour normal, sa relation avec le sol est' cou- pée, la longueur du segment 8 ayant été calculée en conséquence, et son potentiel s'élève cette élévation étant favorisée par la pénétration dudit transporteur entre les lames 2-2a du producteur auxiliaire portées au potentiel 2 U. Quand le potentiel du trans- porteur 4 atteint + U, le secteur 8 entre en contact avec le ba- lai 9, le transporteur se trouvant ainsi mis en relation avec le collecteur, et cette relation dura tant que la capacité formée par le transporteur 4 et la producteur 2-2a croît.
Du fait de la présence du producteur auxiliaire 2-2a au potentiel 2 U, la quan- tité d'électricité portée par le transporteur 4 lorsque le sec- teur 8 quitte le balai 9 est égale à -O. Le quantité d'électrici- té débitée par ledit producteur dans le collecteur est donc égale à 2 Q, au lieu de Q dans le cas d'une machine analogue construite suivant las méthodes habituelles et ne présentant pas de produc- teur auxiliaire.
La rotation da la.machina se poursuivant, le transpor- teur 4, ainsi chargé d'une quantité d'électricité - Q, et isolé, pénètre à nouveau entre les lames du producteur 1-la toujours por-, té au potentiel -U. Le potentiel du transporteur 4 décroît en con- séquence. Il ast alors mis à nouveau en relation avec le sol par l'intermédiaire du secteur 8 et du balai 10, transmet au sol sa charge -Q, reçoit ensuite une charge +0, comme précédemment, et le cycle recommence.
Le transporteur 5 se comporte de façon identique, sa présence permettant d'assurer la continuité du débit de la machine.
L'excitation das deux producteurs 1-la et 2-2a respecti- vement aux potentiels -U e,t 2U peut être obtenue par tout moyen connu en soi. On peut utiliser à cet effet, par exemple, deux gé- nératrices auxiliaires qui peuvent être deux machines électrosta- tiques du genre TOEPLER de faible puissance.
L'une de ces machi- "Elcctrostatique Cas 3"
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nes doit alors donner une différence de potentiel -U avec le sol, l'autre pouvant fournir, soit directement le potentiel 2U, soit seulement une différence de potentiel U qui, ajoutée au potentiel U fourni bar la machine principale, donne le potentiel 2U néces- saire,
On peut, au lieu d'appliquer aux producteurs des poten- tiels respectifs -U et 2U, leur appliquer des potentiels qui dif- fèrent de ces derniers par l'addition d'une même valeur constante.
Si cette constante est-U, la machine possède un pôle négatif de potentiel-U et un pôle au solo Si cette constante est -1/2U, les pôles de la machine sont aux potentiels symétriques -1/2Uet +1/2 U.
Si la constante est quelconque, les pôles sont à des potentiels dissymétriques différents en valeur absolue.
Lamachine représentée à la fig. 2 comporte huit produe- teurs formés chacun de trois lames conductrices parallèles reliées électriquement entre elles et montées de façon isolante sur le bâti de la machine, ces producteurs étant désignés par les chiffres de référence 12 à 19. Ces producteurs sont reliée électriquement de deux en deux, de façon à former deux groupes dont l'un comprend les producteurs 12, 14, 16, 18 et l'autre lesproducteurs 13, 15, 17, 19.
Les transporteurs sont constitués par huit paires de la- mes désignées par les chiffres de référence 20 à 27, les lames de chaque paire étant reliées électriquement avec une lame commune portée par un cylindre isolant 28 calé sur l'arbre de la machine, chacune de ces lames, désignées par les chiffres de référence 30 à 37, couvrant, sur ledit cylindre, un arc de cercle égal à l'on- gle d'ouverture du transporteur correspondant. Ces transporteurs sont également reliés électriquement de deux en deux pour former deux groupes comprenant, l'un, les transporteurs 20, 22, 24 et 26, l'autre, les transporteurs 21, 23,25 et 27.
Les lames 30 à 37 coopèrent avec deux balais 38 et 39, le balai 38 étant relié au sol et le balai 39 au collecteur de la machine. Ces balais sont disposés pour que les transporteurs d'un même groupe, par exemple le groupe d'ordre pair 20, 22, 24 et 26 soient mis en relaticn par une des lames correspondantes 30,32, 34 ou 36 avec le balai 38, lorsqu'ils pénètrent dans les produc- teurs du groupe 12, 14, 16, 18, et que le balai 39 vienne au contact de l'une des lames 31, 33, 35 ou 37 correspondant aux transporteurs d'ordre impair 21, 23, 25 et 27 peu après la péné- tration de ces derniers dans les producteurs du groupe 13, 15, 17, 19.
"Electrostatique Cas 3"
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Le fonctionnement de cette machine est analogue à celui de la machine représentée à la fig. 1.
2U étant la différence de potentiel maximum pouvant exister entre un transporteur et un producteur, le groupe de pro- ducteurs 12, 14, 16, 18 est porté au potentiel -U et le groupe de producteurs 13, 15, 17, 19 au potentiel 2U. Les quatre .transpor- teurs, par exemple 20, 22, 24'et 26 pénétrant simultanément entre, les lames des producteurs du premier groupe sont mis en relation avec le sol. Lorsque cette pénétration est complète, ces transpor- teurs possèdent une charge +Q approximativement égale à C.U, C étant la capacité maximum réalisée par les quatre producteurs et les quatre transporteurs.
Quand ces mêmes transporteurs, poursui- vant leur rotation, commencent à pénétrer entre les lames des pro- ducteurs du groupe 13, 15, 17, 19, portées au potentiel 2U, leur relation avec le sol se trouve coupée et leur potentiel s'élève.
Quand ce potentiel atteint la valeur U, ils sont mis en relation avec le collecteur par l'intermédiaire du balai 39, la position de ce dernier étant déterminée à cet effet, cette relation se trou- vant maintenue tant que la capacité entre les transporteurs consi- dérés et les producteurs d'ordre impair croit. Ces transporteurs possèdent donc à la fin une charge sensiblement égale à -Q et ils ont débité dans le collecteur une quantité d'électricité 20, Quand ces quatre mêmes transporteurs sont amenés à pénétrer de nouveau dans les producteurs du groupe 12, 14, 16, 18, leur relation avec le collecteur se trouve coupée, leur potentiel s'abaisse, ils sont remis en relation avec le sol par l'intermédiaire du balai 38 et le cycle recommence.
On peut naturellement faire fonctionner cette machine dans les mêmes conditions que celles prévues à titre de variantes à propos de la machine représentée à la fig. 1.
L'invention est également applicable aux machines ayant un nombre de transporteurs différent de celui des producteurs, par exemple plus grand.
On peut, enfin, réaliser les transporteurs et les pro- ducteurs avec des portions de surfaces autres que le plan, par exemple, des portions de cylindre, de cône ou d'autres surfaces de révolution,
Les exemples.suivants font apparaître les avantages ap- portés par l'application de l'invention à une machine électrosta- tique fonctionnant en génératrice et à une machine analogue fonc- tionnant en moteur.
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Exemple 1. -
Une machine du genre TOEPLER, rationnellement contrui- te, possédait quatre producteurs formés chacun de six secteurs d'environ 45 d'ouverture, et huit transporteurs'comprenant chacun cinq secteurs. Le diamètre extérieur de l'ensemble est trente- quatre centimètres. Dans l'air comprimé à 30 atmosphères, la ma- chine fournissait, à la vitesse de 1400 tours par minute, 4,5 milliampères sous 52 kilovolts, soit 235 Watts. En ajoutant, con- formément à l'invention, quatre autres producteurs au potentiel de 120 kilovolts, l'intensité devient 10,2 milliampères sous la même tension de 52 kilovolts, à la même vitesse, soit une ouissan- ce de 530 watts.
La puissance a été plus que doublée, parce que l'effet nuisible des capacités parasites est diminué par l'intro- duction des producteurs supplémentaires.
La présente invention s'applique non seulement aux ma- chines électrostatiques génératrices à transporteurs conducteurs, mais encore à toute machine électrostatique motrice à transporteurs conducteurs en permettant d'en augmenter considérablement la puis- sance motrice sans changer la vitesse. On peut, par exemple, faire fonctionner la machine représentée à la fig. 1 en motrice, en por- tant les producteurs 1-la et 2-2a aux potentiels -U et 2U comme précédemment, et alimentant le balai isolé 11 à l'aide d'une sour- ce fournissant une différence de potentiel U avec le sol. La machine fonctionne alors en moteur, en tournant en sens inverse du sens gé- nérateur.
La présence du producteur supplémentaire 2-2a au potentiel 2U, en laquelle réside l'application de l'invention, a -cour effet que les deux transporteurs sont soumis en même temps aux marnes for- ces électrostatiques. Le couple moteur est ainsi doublé. Le cou- rant absorbé est naturellement doublé également, parce que, lors- qu'un transporteur vient en relation avec la source au potentiel +U, il porte une charge approximativement égale à -CU, au lieu d'uns charge approximativement nulle dans le fonctionnement normal. Quand la relation avec la source est coupée, le transporteur emporte une charge +CU,' ce qui fait que la source a fourni 2CU au lieu de CU.
D'une façon générale, toutes les modalités d'application de l'invention indiquées pour les machines génératrices, comme par exemple les valeurs des potentiels, le nombre des transpor- teurs et des producteurs, sont valables pour les machines motrices.
Exemple 2.-
Une machine du genre TOEPLER rationnellement construite, présentait quatre producteurs et huit transporteurs. Fonctionnant en moteur, dans l'air comprimé à 30 atmosphères, la machine absor- . "Electrostatique Cas 3"
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bait, à la vitesse de 1300 tours par minute, une intensité de 4,4 milliampères sous 50 kilovolts, soit 220 wat ts. Les frottements de l'air absorbaient 95 watts, et les frottements solides 15 watts,.
La puissance motrice utile était 220-110 = 110 watts, le rendement électrique étant pratiquement égal à l'unité. En ajoutant;confor- mément à l'invention, quatre autres producteurs au potentiel de 120 kilovolts, l'intensité absorbée devient 10,0 milliampères sous la même tension de 50 kilovolts à la même vitesse. La puissance absorbée devient 500 watts et la puissance motrice utile 500-110 = 390 watts. La puissance motrice utile a été plus que triplée, parce que les pertes, dues seulement aux frottements, sont restées constantes.
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